2019-2020年高中物理 第一章 靜電場 5.電勢差 名師教案 新人教A版選修3-1.doc

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2019-2020年高中物理 第一章 靜電場 5.電勢差 名師教案 新人教A版選修3-1 前置診斷： 本節(jié)重點(diǎn)學(xué)習(xí)電勢差概念，同時(shí)學(xué)習(xí)電場力做的功與電勢差之間的關(guān)系。 １．電場中兩點(diǎn)間的電勢的差值叫電勢差。電勢差也叫 。設(shè)電場中A點(diǎn)的電勢為φA，B點(diǎn)的電勢為φB，則AB間的電勢差表示成UAB= ，因?yàn)閁BA= 所以UAB=－UBA。電場中某點(diǎn)的電勢與零電勢的選取 關(guān)，電場中兩點(diǎn)間的電勢差與零電勢的選取 關(guān)。 ２．電勢差和電勢的單位都是特，符號(hào) ；電勢差和電勢都是　　　，但它們都有正負(fù)。電勢的正負(fù)表示比零電勢　　或　　。當(dāng)取無窮遠(yuǎn)處為零電勢時(shí)：正點(diǎn)電荷的電場中各點(diǎn)電勢都　　零，負(fù)點(diǎn)電荷的電場中各點(diǎn)電勢都　　零。電勢差的正負(fù)表示電場中兩點(diǎn)電勢的高低：若A、B兩點(diǎn)間電勢差UAB=φA-φB>0，則表明A點(diǎn)電勢 于B點(diǎn)電勢；若A、B兩點(diǎn)間電勢差UAB=φA-φB<0，則表明A點(diǎn)電勢 于B點(diǎn)電勢。 3．電荷q在電場中從A移到B時(shí)，電場力做功WAB等于電荷在A、B兩點(diǎn)時(shí)的電勢能之差。即WAB=EPA-EPB=qφA-qφB= 。電場中移動(dòng)電荷時(shí)，電場力做的功只與電荷的　　位置有關(guān)，而與電荷運(yùn)動(dòng)的具體　　　無關(guān)。本節(jié)得到的電場力做功公式WAB= 使我們計(jì)算電場力做功像計(jì)算重力做功一樣簡單方便。 答案：1.電壓 φA-φB φB-φA 有 無 2. V 標(biāo)量 高 低 大于 小于 高 低 3. qUAB 路徑 qUAB 專家說課： 用不同的位置作為測量高度的起點(diǎn)，同一地方的高度的數(shù)值就不相同，但兩個(gè)地方的高度差卻保持不變。選擇不同的位置作為電勢的零點(diǎn)，電場中某點(diǎn)電勢的數(shù)值也會(huì)改變，類比一下，是否電場中某兩點(diǎn)間的電勢的差值也保持不變呢？本節(jié)課就來研究一下這個(gè)問題。 一．在電場中移動(dòng)電荷電場力做的功W=qU，只與始末位置的電勢差有關(guān)。在只有電場力做功的情況下，電場力做功的過程是電勢能和動(dòng)能相互轉(zhuǎn)化的過程。無論對正電荷還是負(fù)電荷，只要電場力做功，電勢能就減小，克服電場力做功，電勢能就增大；正電荷在電勢高處電勢能大；負(fù)電荷在電勢高處電勢能??；利用公式W=qU進(jìn)行計(jì)算時(shí)，各量都取絕對值，功的正負(fù)由電荷的正負(fù)和移動(dòng)的方向判定。 二．本節(jié)課標(biāo)及其解讀。理解電勢差（1）理解電勢差的概念，知道電勢差與電勢零點(diǎn)的選擇無關(guān)；（2）掌握兩點(diǎn)間電勢差的表達(dá)公式，知道兩點(diǎn)之間電勢差的正負(fù)號(hào)與這兩點(diǎn)的電勢高低之間的對應(yīng)關(guān)系，能進(jìn)行有關(guān)計(jì)算；（3）知道在電場中移動(dòng)電荷時(shí)靜電力做功與兩點(diǎn)間電勢差之間的關(guān)系，會(huì)應(yīng)用靜電力做功的公式進(jìn)行相關(guān)計(jì)算；（4）了解電勢差、電勢、電勢能之間的區(qū)別和聯(lián)系。 三．本節(jié)由電勢概念為起點(diǎn)，再次用類比的方法，把電勢差與高度差相類比引入。靜電力做功公式WAB=qUAB的推導(dǎo)和具體應(yīng)用是本節(jié)的重點(diǎn)，本節(jié)的教學(xué)難點(diǎn)是靜電力做功公式中正負(fù)號(hào)的應(yīng)用與正負(fù)號(hào)的理意義。本節(jié)教學(xué)易錯(cuò)點(diǎn)有三個(gè)：1．忽略電勢差的正負(fù)，平時(shí)不注重順序UAB=φA－φB；2．利用WAB=qUAB求功時(shí)，可以把q、UAB的正負(fù)號(hào)直接代入求出功的正負(fù)，也可代絕對值，根據(jù)具體情況確定正負(fù)功；3．電場力做功與電勢能的對應(yīng)關(guān)系WAB=EPA－EPB。本節(jié)教學(xué)疑點(diǎn)為WAB=qUAB的推導(dǎo)；電勢差的絕對性。 四．教材中特別重視的問題：認(rèn)識(shí)靜電力做功與電勢差關(guān)系，理解WAB、q、UAB三個(gè)物理量正負(fù)的應(yīng)用，如書本P21 例1是一個(gè)很好的例題。 課堂探究： 一．在研究微觀粒子時(shí)常用電子伏特（ev）做能量的單位，1ev等于一個(gè)電子經(jīng)過1v電壓加速后所增加的動(dòng)能或一個(gè)電子經(jīng)過1v電壓加速電場力所做的功，由電場力做功的公式W=Uq可得，1J=1.610－19ev。 二．利用公式W=Uq做每道題都應(yīng)該畫出示意圖，抓住電場線這個(gè)關(guān)鍵。電場線能表示電場強(qiáng)度的大小和方向，能表示電勢降低的方向。有了這個(gè)直觀的示意圖，可以很方便地判定點(diǎn)電荷在電場中受力、做功、電勢能變化等情況。 案例精析： 【例1】帶電荷量q=+5.010-8C的點(diǎn)電荷從A點(diǎn)移到B點(diǎn)時(shí)，克服電場力做功3.010—6J．已知B點(diǎn)的電勢為UB=20V．求： (1)A、B間的電勢差； (2)A點(diǎn)的電勢； (3)q從A到B的電勢能變化； (4)將q=-5.0x10—8C的點(diǎn)電荷放在A點(diǎn)時(shí)它的電勢能． 解析：(1) A、B兩點(diǎn)間電勢差的大小為 U=W/q=3.010-6/(5.010-8)=60v A點(diǎn)電勢低于B點(diǎn)電勢，所以A、B兩點(diǎn)的電勢差UAB=－60V． (2)A點(diǎn)電勢= UAB +=(－60V)+20V=－40V． (3)q從A到B克服電功力做功，電勢能一定增加EP=W=3.010—6J (4)A點(diǎn)電勢UA=－40V，比零電勢低，q為負(fù)電荷，從零電勢點(diǎn)移到A點(diǎn)過程中克服電場力做功，所以q在A點(diǎn)的電勢能為正值． EP=q(UA－0)=5.010—840J =210—6J 【例2 】 在某電場中的A、B兩點(diǎn)間移動(dòng)電量為q的電荷時(shí)，電荷的電勢能的減少量為ΔE，ΔE跟電荷電量q的比值為5V，A、B兩點(diǎn)間電勢差為多少？如在A、B間移動(dòng)電量為2q的電荷時(shí)，該電荷的電勢能的變化為多少？這時(shí)A、B間的電勢差多少？ 解析： 由于電荷電勢能減少，電場力做正功，WAB=ΔE，所以A、B兩點(diǎn)間的電勢差UAB=WAB/q=ΔE/q=5V。電場中兩點(diǎn)間電勢差是電場固有的，與被移動(dòng)的電荷無關(guān)，故在A、B間移動(dòng)2q電荷時(shí)，A、B間電勢差仍是5V。電場力做功WAB=qUAB，與移動(dòng)電荷的電量成正比，所以電荷電勢能的變化也與電荷的電量成正比，故移動(dòng)2q電量的電荷時(shí)，該電荷的電勢能變化為2ΔE。 拓展 在電場力做功公式WAB= q UAB中，UAB是由電場的性質(zhì)決定的，與被移動(dòng)的電荷無關(guān)，電荷的正負(fù)號(hào)和電勢差的正負(fù)號(hào)都帶符號(hào)進(jìn)行運(yùn)算，功的正負(fù)號(hào)也就確定了。 三維達(dá)標(biāo)： 基礎(chǔ)練習(xí) 1. 關(guān)于電勢差的說法中，正確的是（ B ） A．兩點(diǎn)間的電勢差等于電荷從其中一點(diǎn)移到另一點(diǎn)時(shí)，電場力所做的功 B．1C電荷從電場中一點(diǎn)移動(dòng)到另一點(diǎn)，如果電場力做了1J的功，這兩點(diǎn)間的電勢差就是1V C．在兩點(diǎn)間移動(dòng)電荷時(shí)，電場力做功的多少跟這兩點(diǎn)間的電勢差無關(guān) D．兩點(diǎn)間的電勢差的大小跟放入這兩點(diǎn)的電荷的電量成反比 2. 一個(gè)點(diǎn)電荷，從電場中的A點(diǎn)移到B點(diǎn)，電場力做功為零，則(　D ) A．A、B兩點(diǎn)的場強(qiáng)一定相等； B．該點(diǎn)電荷一定沿等勢面運(yùn)動(dòng)； C．作用于該點(diǎn)電荷的電場力與其移動(dòng)方向總是垂直的； D．A、B兩點(diǎn)電勢一定相等． 3. 在靜電場中有a、b、c三點(diǎn)，有一個(gè)電荷q1=310-8 C，自a移到b，電場力做功310-6 J.另有一個(gè)電荷q2=-110-8 C，自a移到c，電場力做功310-6 J，則a、b、c三點(diǎn)的電勢由高到低的順序是 ,b、c兩點(diǎn)間的電勢差Ubc為 V. 答案：c、a、b -400V 4. 一個(gè)帶正電的質(zhì)點(diǎn)，電量q=2.010-9庫，在靜電場中由a點(diǎn)移到b點(diǎn)，在這過程中，除電場力外,其他力作的功為6.010-5焦，質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)能增加了8.010-5焦，則a、b兩點(diǎn)間的電勢差為多大? 答案：104V 綜合躍升 5. （xx廣東3）如圖所示的勻強(qiáng)電場E的區(qū)域內(nèi)，由A、B、C、D、A＇、B＇、C＇、D＇作為頂點(diǎn)構(gòu)成一正方體空間，電場方向與面ABCD垂直。下列說法正確的是（ AD ） A．AD兩點(diǎn)間電勢差UAD與A A＇兩點(diǎn)間電勢差UAA′相等 B．帶正電的粒子從A點(diǎn)沿路徑A→D→D＇移到D＇點(diǎn)，電場力做正功 C．帶負(fù)電的粒子從A點(diǎn)沿路徑A→D→D＇移到D＇點(diǎn)，電勢能減小 D．帶電的粒子從A點(diǎn)移到C＇點(diǎn)，沿對角線A C＇與沿路徑A→B→B＇→C＇電場力做功相同 A B E 6. （xx上海2A）如圖所示，把電量為－510－9 C的電荷，從電場中的A點(diǎn)移到B點(diǎn)，其電勢能_________（選填“增大”、“減小”或“不變”）；若A點(diǎn)的電勢UA＝15 V，B點(diǎn)的電勢UB＝10 V， 則此過程中電場力做的功為_____________． 答案：增大；－2.510－8 J 7. 將一個(gè)10-6C的負(fù)電荷從電場中A點(diǎn)移到B點(diǎn)，克服電場力做功210-6J，從C點(diǎn)移到D點(diǎn)做電場力做功710-6J，若已知B點(diǎn)比C點(diǎn)電勢高3V，則A、D之間的電勢差是多少？ 答案：UAD=-2V 圖1-5-5 8. 把一個(gè)電量為q=4.010-6C的正電荷從電場中的A點(diǎn)移到B點(diǎn)，電場力做了2.010-3J的功，（1）A、B兩點(diǎn)的電勢差多大？（2）取A點(diǎn)為零電勢點(diǎn)，B點(diǎn)的電勢多大？（3）若取B點(diǎn)為零電勢點(diǎn)，A點(diǎn)的電勢多大？ 答案：（1）UAB=500V，（2）-500V，（3）+500V 互動(dòng)實(shí)踐 + Q A B C 圖1-37 9. 如圖1-5-5所示，三條虛線表示某電場的三個(gè)等勢面，其中φ1=10V，φ2=20V，φ3=30V一個(gè)帶電粒子只受電場力作用，按圖1-5-5中實(shí)線軌跡從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)，由此可知( ABD ) A.粒子帶負(fù)電 B.粒子的速度變大 C.粒子的加速度變大 D.粒子的電勢能變大 10. 如圖1-37所示，光滑絕緣細(xì)桿豎直放置，它與以正點(diǎn)電荷Q為圓心的某一圓交于B、C兩點(diǎn)，質(zhì)量為m，帶電量為-q的有孔小球從桿上A點(diǎn)無初速下滑，已知q遠(yuǎn)小于Q，AB=h，小球滑到B點(diǎn)時(shí)速度大小為，求：⑴小球由A到B過程中電場力做的功⑵A、C兩點(diǎn)的電勢差. 答案：